[發(fā)明專利]一種抑制壓電干擾的光波導(dǎo)雷電脈沖電場(chǎng)探測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711261665.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN107748297B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙錄興;王磊;陸德堅(jiān);崔勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司;國(guó)家電網(wǎng)公司;北京森馥科技股份有限公司;北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R29/08
• 分類號(hào): G01R29/08
• 代理公司: 北京工信聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11266
• 代理人: 郭一斐

本發(fā)明公開了一種抑制壓電干擾的光波導(dǎo)雷電脈沖電場(chǎng)探測(cè)裝置，所述裝置包括：可調(diào)諧激光器，用于根據(jù)控制模塊的控制指令產(chǎn)生預(yù)設(shè)工作波長(zhǎng)閾值的激光信號(hào)；光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器，用于感應(yīng)待測(cè)區(qū)域的電場(chǎng)信號(hào)并輸出光信號(hào)；光纖耦合器，用于將光信號(hào)按預(yù)設(shè)比例分為第一信號(hào)和第二信號(hào)并分別發(fā)送至光電探測(cè)器和控制模塊；光電探測(cè)器，用于將第一信號(hào)轉(zhuǎn)換為待測(cè)電信號(hào)；控制模塊，根據(jù)第二信號(hào)向所述可調(diào)諧激光器發(fā)出控制指令，控制可調(diào)諧激光器發(fā)出的激光信號(hào)的波長(zhǎng)。本發(fā)明利用可調(diào)諧激光器保證光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器始終工作在線性區(qū)，同時(shí)，使用梯形的光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器能夠有效抑制壓電干擾對(duì)測(cè)量脈沖信號(hào)的干擾，更加準(zhǔn)確地測(cè)量雷電脈沖信號(hào)產(chǎn)生的電場(chǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種抑制壓電干擾的光波導(dǎo)雷電脈沖電場(chǎng)探測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著電壓等級(jí)的不斷升高，超高壓、特高壓輸變電技術(shù)的發(fā)展，合理的設(shè)計(jì)配置各類高壓電氣設(shè)備的絕緣參數(shù)，保證電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行具有重要意義。目前對(duì)于高壓雷電波脈沖電場(chǎng)的測(cè)量基本停留在仿真計(jì)算階段，LiNbO₃集成光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器具有對(duì)被測(cè)電場(chǎng)干擾小、介電強(qiáng)度高等特點(diǎn)，適用于測(cè)量這類場(chǎng)強(qiáng)較高的脈沖電場(chǎng)。如申請(qǐng)?zhí)枮?00610011963.7的專利申請(qǐng)，發(fā)明名稱為一種用于強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量的電極天線一體化光電集成傳感器，其采用了馬赫曾德爾干涉儀式光波導(dǎo)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1為現(xiàn)有的馬赫曾德爾干涉儀式光波導(dǎo)的示意圖，其中，2是光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器，2-1是傳感器的天線，2-2是平行的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的輸入輸出光功率如下所示：

其中，P_in、P_out為光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器的輸入光功率和輸出光功率；f(λ)、f(T，RH)為光波長(zhǎng)和溫濕度對(duì)函數(shù)相位的影響；E、E_π為被測(cè)電場(chǎng)和光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器的半波電場(chǎng)。采用平行結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)其輸出光功率的大小與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，即f(λ)≈0；由于鈮酸鋰在不同環(huán)境下(溫度、濕度不同)，f(T，RH)的值也不同，這就不能保證P_out與被測(cè)電場(chǎng)E具有線性關(guān)系，可見這種光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。

傳統(tǒng)的光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器是X切LiNbO₃芯片，LiNbO₃芯片采用的是橫截面為矩形結(jié)構(gòu)，如圖2所示。逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的超聲波在LiNbO₃芯片中沿著電場(chǎng)方向橫向傳播，在LiNbO₃芯片的矩形結(jié)構(gòu)中來(lái)回多次反射增強(qiáng)而形成駐波，導(dǎo)致晶體發(fā)生應(yīng)力應(yīng)變，聲光效應(yīng)導(dǎo)致晶體的折射率發(fā)生改變，從而導(dǎo)致電場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種抑制壓電干擾的光波導(dǎo)雷電脈沖電場(chǎng)探測(cè)裝置及方法，以解決如何實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種抑制壓電干擾的光波導(dǎo)雷電脈沖電場(chǎng)探測(cè)裝置，所述裝置包括：可調(diào)諧激光器、光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器、光纖耦合器、光電探測(cè)器和控制模塊，

所述可調(diào)諧激光器，分別與所述光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器的輸入端和所述控制模塊的輸出端相連接，用于根據(jù)控制模塊的控制指令產(chǎn)生預(yù)設(shè)工作波長(zhǎng)閾值的激光信號(hào)，并將所述激光信號(hào)發(fā)送至光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器；

所述光波導(dǎo)電場(chǎng)傳感器，與所述光纖耦合器的輸入端相連接，用于感應(yīng)待測(cè)區(qū)域的電場(chǎng)信號(hào)并輸出光信號(hào)至所述光纖耦合器；

所述光纖耦合器，分別與所述光電探測(cè)器和控制模塊的輸入端相連接，用于將所述光信號(hào)按預(yù)設(shè)比例分為第一信號(hào)和第二信號(hào)，并將所述第一信號(hào)和第二信號(hào)分別發(fā)送至所述光電探測(cè)器和控制模塊；

所述光電探測(cè)器，用于接收所述第一信號(hào)，并將所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換為待測(cè)電信號(hào)；

所述控制模塊，用于接收所述第二信號(hào)，并根據(jù)所述第二信號(hào)向所述可調(diào)諧激光器發(fā)出控制指令，控制所述可調(diào)諧激光器發(fā)出的激光信號(hào)的波長(zhǎng)。